第一作者：Xiulin Fan

通讯作者：Khalil Amine、Kang Xu、Chunsheng Wang

通讯地址：美国马里兰大学、阿贡实验室、陆军研究实验室

研究亮点：

1. 调控电解液中的氟化溶剂，制备了一种在LMB使用的不易燃全氟化电解质。

2. 高度氟化的界面有助于抑制电解质氧化。

目前为止，由于锂离子电池宽的正负极电压窗口，电解液无法同时对锂离子电池的高压正极材料和低压负极材料保持热力学稳定。醚类电解质不稳定；碳酸盐类会导致库仑效率降低和Li枝晶生长；高浓度电解质提高稳定性但也提高了成本和电解质粘度。因此，选择兼容的电解质体系至关重要。

有鉴于此，美国马里兰大学王春生教授联合美国阿贡实验室Khalil Amine教授和陆军研究实验室许康教授通过调控电解液中的氟化溶剂，制备了一种在LMB使用的不易燃全氟化电解质。

在低浓高度氟化的电解液(1M LiPF₆中FEC:FEMC:HFE按重量比为2：6：2混合)中实现了锂金属负极，LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂(NMC811)和LiCoPO₄(LCP)等高容量、高电压正极的高效循环。

该电解液在锂金属一侧形成以LiF为主的SEI，在正极一侧形成以含氟复合物为主的CEI，高度氟化的界面有助于抑制电解质氧化。由于氟化物的强结合能，低电子电导，高热力学稳定性，故可隔断电子传输，从而抑制电解液和正负极材料持续的副反应，实现高效循环。另外高度氟化的电解液，抑制电解液体系的可燃性，故提高了电池的安全性能。

 图1. 不同电解质的电化学性能

图2. 不同电解质中循环100后锂金属的SEM图

图3. 用NMC811 和 LCP 做正极的 LMB的电化学性能

图4.用1 M LiPF6 FEC/FEMC/HFE 做电解质的Li||NMC811 全电池电化学性能

图5. 计算电解质溶剂的氧化还原稳定性和在循环的Li金属和LCP正极上进行的表面分析

图6. PBE +U DFT 计算在充满电的CoPO4 (010)上EC, FEC, FEMC和HFE溶剂的反应性

这种电解质同时解决了这种高能电池面临的四个最紧迫的挑战：①不良的锂脱嵌；②正极表面上的电解质氧化；③锂枝晶的形成；④安全性差。该研究结果为高盐浓度电解质提供了另一种途径，用于设计新的电解质系统。

本文综合整理自二维加

参考文献：

Fan X, Chen L, Borodin O, et al. Non-flammable electrolyte enables Li-metal batteries with aggressive cathode chemistries[J], Nature nanotechnology, 2018.

DOI: 10.1038/s41565-018-0183-2